Mi is az funkcionális mágneses rezonanciás képalkotó vizsgálat

Átírás

1 Funkcionális mágneses rezonanciás képalkotó vizsgálatok a fájdalom kutatásban Juhász Gabriella Semmelweis Egyetem, Gyógyszerhatástani Intézet MTA-SE-NAPB Genetikai Agyi Képalkotó Migrén Kutatató csoport A fájdalom tudománya, PhD kurzus Neurológiai Klinika Mi is az funkcionális mágneses rezonanciás képalkotó vizsgálat functional Magnetic Resonance Imaging fmri képalkotó eljárás mely a mágneses tér változásit használva képes az agy időbeli funkcionális változásait élőben követni 1

2 BOLD szignál élettani alapja Blood Oxygen Level Dependent szignál vér oxigén szintjétől függő jel tehát nem direkt méri a neuronok aktivitását! hanem a hemodinamikus választ Élettani alaptörvények, melyek lehetővé teszi a BOLD jel használatát: 1. az idegsejtek nem tartalékolnak energiát, hanem az igénynek/aktivitásnak megfelelően termelik 2. az idegsejtek aktivitása lokális vérátáramlás növekedéssel jár Roy & Sherrington (1890): agyi vérkeringés szabályozásának leírása BOLD szignálhoz vezető folyamat érző, motoros vagy kognitív folyamat idegsejtek aktivitása FOKOZOTT ENERGIA IGÉNY vérátáramlás, glukóz, oxigén neurovaszkuláris kapcsolódás neurovascular coupling oxihemoglobin, deoxihemoglobin 2

3 BOLD szignál fizikai alapja deoxihemoglobin mágneses tulajdonságai vannak a közeli hidrogén atomok mágneses spinjét megváltoztatja csökken az MR szignál oxihemoglobin nem mágnesezhető a hidrogén atomok jobban gerjesztődnek nő az MR szignál Jel zaj arány jel A feladat által kiváltott hemodinamikai válasz, azaz BOLD szignál kicsi élettani zaj nagyobb erek, mozgás, szívverés, légzés fizikai mágneses mező változása (drift) kognitív eltérő feladat megoldási stratégiák és figyelem NAGY 3

4 Vizsgálat tervezés általános szabályai 1. az alkalmazott feladat kiváltsa a vizsgálni kívánt aktivitást Pl. megfelelő fájdalom inger kiválasztása 2. elegendő számú ismétlést tartalmazzon a feladat sok adat 3. sok résztvevőt vizsgáljunk sok adat 4. az inger intenzitása és időzítése úgy legyen beállítva, hogy maximális választ váltson ki 5. az egymás utáni ingerek ne korreláljanak időben random ingerprezentáció 6. a vizsgálni kívánt funkciót más mutatókkal is mérjük Pl. fájdalom katasztrofizáció, ingerküszöb Vizsgálat tervezés blokk design néhány másodperces eltérő kondíciók váltakoznak esemény függő design különálló rövid események ismétlődnek 2s 2s 2s 2s F F B B blokk 1 blokk 2 Változó erősségű és random módon megjelenő fájdalominger, pl. elektromos inger 4

5 19/10/2015 A fájdalom mátrix laterális mediális egyéb régiók primary somatosensory (S1) secondary somatosensory (S2) thalamus posterior parts of insula anterior parts of insula anterior cingulate cortex (ACC) prefrontal cortex (PFC) basal ganglia cerebellum amygdala hippocampus parietal and temporal cortices Trecay, Br J Anaesth, 2008 Placebo analgézia placebo analgézia fokozza a frontális területek aktivitását fájdalom anticipáció alatt OFC: mérlegelés, döntéshozás, elvárás, jutalom/büntetés DLPFC: kivitelezés, munkamemória, tervezés, flexibilitás a frontális területek aktivitása korrelál a PAG aktivitásával egyéb fájdalom mátrixhoz tartozó területeken csökkent az aktivitás a fájdalominger alatt ACC rostrális része, insula, thalamus Wager et al, Science,

6 Akut hő okozta fájdalom és hátfájdalom krónikus fájdalom szindrómák és az akut fájdalom paradigmák eltérő mechanizmusokat aktiválnak Baliki et al, J Neurosci, 2006 Betegség specifikus strukturális eltérések? szürkeállományi morfológiai eltérések mutatnak bizonyos betegség specifikus mechanizmust, bár átfednek visszafordítható Baliki et al, PLOSOne, 2011 fehérállományi eltérések az akut fájdalom időszakában előrejelzik, hogy a fájdalom krónikussá fog-e válni Mansour et al, Pain,

7 Betegség specifikus funkcionális eltérések? Mindegyik betegcsoport esetén csökkent nyugalmi összeköttetés jellemző: mpfc ACC Insula A krónikus fájdalom szindrómában szenvedők közös funkcionális eltérést mutatnak Baliki, PLOSOne, 2014 Krónikus fájdalom szindrómák klinikai fájdalom által aktivált agyi régiók eltérnek az egészségesekben fájdalom stimulus által aktivált régióktól PFC kiterjedt része negatív érzelmek, válasz konfliktus, kellemetlen kimenetel érzékelése depresszió elülső (rostralis) insula megváltozott predikciós szignál egy esetleges testi károsodásról fokozott szorongás csökken a leszálló fájdalom moduláló rendszer aktivitás fehérállományi eltérések prediktálják függetlenül a háttérben lévő patológiától Tracey & Mantyh, Neuron, 2007; Baliki & Apkarian, Neuron,

8 Irodalom Huttel, Song & Mc Carthy (2008), Functional Magnetic Resonance Imaging (second edition) Friston, Ashburner, Kiebel, Nichols & Penny (2006), Statistical Parametric Mapping: the analysis of functinal brain images Tracey & Mantyh (2007), The cerebral signature for pain perception and its modulation, Neuron, 55, Borsook, Sava, Becerra (2008), The pain imaging revolution advancing pain into the 21st century, Neuroscientist, 16, Denk, McMahon &Tracey (2014), Pain vulnerability: neurobiological perspective, Nature Neuroscience, 17, Baliki & Apkarian (2015), Nociception, pain, negative moods, and behavior selection, Neuron, 87,